功果桥水电站主要工程地质问题及对策

王林维，王 蕾

（中国水电顾问集团西北勘测设计研究院工程勘察研究分院，甘肃 兰州 730050）

1 基本地质条件

功果桥水电站坝址位于云南省云龙县大栗树西侧，是澜沧江中下游河段梯级规划开发的最上游一级电站。坝址区位于原功果吊桥下游1.5～3.5 km河段上，澜沧江以S71°E方向流经坝址区，坝址区河道顺直，两岸地形基本对称，河谷呈 “V”形横向谷。边坡走向N68°W，坡高500～1 200 m，两岸边坡坡度 35°～46°。

坝址主要出露白垩系下统景星组下段地层，岩性为青灰～灰绿色变质砂岩、砂质板岩夹灰白色变质石英砂岩，岩层产状为 N5°～15°W，SW∠60°～80°，岩层陡倾上游偏右岸。河床覆盖层一般厚度为6～34 m，最大厚度为40 m。区内断裂结构面多属Ⅲ～Ⅴ级，属岩屑型充填的硬性结构面，以中～陡倾角为主，缓倾结构面轻度发育。坝址区内断层主要有：①顺层断层及层间挤压带，规模较大的为F2、F25；②NNW向陡倾断层；③EW向断层。裂隙主要有：①N0°～25°W，SW～W∠55°～77°； ②N60°～80°W，NE∠20°～30°； ③N40°～60°E，NW（SE） ∠72°～77°。其中，①组为层面裂隙，广泛分布于坝址区；②、③组裂隙主要分布于左、右岸边坡，倾向下游的裂隙居多。区内岩体风化层相对较浅，强风化带水平深度一般为13～25 m。弱风化带水平深度一般为30～50 m，两岸岩体普遍存在卸荷松动现象，且随高程增加卸荷有加深的趋势，不同部位卸荷深度亦不相同。

由于岩石具层状结构，其力学性质表现为各向异性。当压力方向垂直层理时，岩石单轴饱和抗压强度最高达125 MPa；当压力方向与层理平行或夹角较小时仅20～27 MPa，抗拉强度值则相反。

坝基层状岩体质量除与岩体完整性、透水性及岩石强度有关外，还与层状结构的产状效应有较大的关系。总体上，坝基岩体为弱风化变质砂岩及砂质板岩，岩体以Ⅲ1～Ⅲ2级为主；结构面以顺层发育为主，缓倾结构面轻度发育，不存在坝基深层抗滑稳定问题；岩体的承载、变形、抗剪等均满足要求。

地下厂房三大洞室深埋于右岸山体中，初始应力场是一个以自重为主体，受构造影响的中低地应力场。岩体的风化、卸荷等浅表时效破坏作用对围岩影响已不明显。深部变质砂岩、石英砂岩及砂质板岩为微风化～新鲜岩体，变质砂岩与石英砂岩岩体抗剪 (断)强度及变形模量等力学参数较高。断裂结构面以顺层发育为主，地下水渗流场总体较弱，仅在较大构造出露部位局部表现出渗～滴水现象。洞室围岩总体上以 Ⅱ、Ⅲ类为主，Ⅳ类围岩极少（约占 2%）。

2 主要工程地质问题及处理措施

2.1 F25断层破碎带

F25断层是坝基建基岩体中规模较大的一条断层，属Ⅲ级结构面，顺层发育，为变质砂岩与板岩接触带，其产状为 N5°～15°W，SW∠60°～70°。该断层在左岸坝轴线上游侧出露，向下延伸至河床坝基高程1 205 m后进入坝基范围，斜穿整个河床坝基，破碎带宽为1～1.4 m，两侧影响带宽为4～6 m。受其影响，两侧岩体破碎，挤压呈片状结构。由于该断层位于左岸非溢流坝段的坝踵附近，施工期对大坝的稳定性可能有一定影响，在河床溢流坝段，大坝局部产生不均匀沉降变形，对坝基的防渗也将有一定影响。

对该断层采用人工清撬或小型机械清撬槽挖，在坝基内开挖清除断层破碎带物质后铺设钢筋网处理，处理深度不小于60 cm。在坝趾部位（坝下0+074.5）上、下游各5 m范围内开挖深度不小于120 cm，表层铺设2层防裂钢筋网。目前，大坝已基本浇筑至坝顶高程，受其影响部位基岩变位计测值变位均很小且基本平稳。

2.2 风化岩体

坝基开挖后，强风化岩体主要集中在左岸坝基，主要有坝轴线上游侧及坝线附近（坝下0+0～0+5）的 F25断层破碎带；坝下0+20～0+35高程 1 252～1 245 m的囊状强风化及高程1 245～1 233 m边坡强风化带。

坝下 0+20～0+35 段由于 f1、 f2、 f12、 f13、 F39与 f6交汇，形成以f6影响带和F39为上游侧边界的囊状风化，分布高程1 252～1 245 m，岩体风化强烈，呈棕黄色，岩体破碎，呈镶嵌碎裂-碎裂结构。经现场钻孔复查，该区风化带水平深度2.6～5.7 m。岩体声波测试表明：VP＜3 000 m/s水平分布深度为3.2～5.0 m，VP在 3 000～4 000 m/s 水平分布深度为 3.2～8.3 m。测试结果与钻孔复查结果基本一致。将坝下0+016.6～0+038.4、 高程 1 262～1 243 m 段挖除置换后，岩体质量基本满足要求。

2.3 f15、F2断层

洞室开挖后，对三大洞室围岩稳定影响最大的两条断层为贯穿各洞室的F2断层和地下厂房出露的f15断层。F2断层在地下厂房三大洞室中均有出露：在主厂房的左端墙高程1 235～1 249 m出露并延伸至下游边墙及1号机坑底板；在主变室下游拱角桩号厂右0+2出露延伸至下游边墙的疏散交通洞右侧并贯穿全洞；在尾调室厂右0+23顶拱出露并贯穿全洞。断层带总体产状为 N0°～20°W，SW∠60°～78°，为顺层发育断层，破碎带宽0.8～1 m，影响带宽1～3 m，沿断层带多有渗、流水现象。受其影响，厂房左端墙中下部变形较大，特别是在开挖爆破作用下，岩体变位呈台阶式增长。主变室左端墙及下游边墙的疏散交通洞右侧岩体破碎，且变形较大。尾调室顶拱厂右0+20～0+66范围岩体破碎，且多处有渗水现象。

在厂房左端墙F2断层出露范围（1 235～1 249 m高程）采用系统锚索支护。主变室左端墙高程1 261～1 270 m F2断层出露两侧采用锚索锚固，对主变室下游墙疏散交通洞口右侧破碎岩体进行了固结灌浆处理。对尾调室厂右0+20～0+66顶拱采用系统锚索支护。通过上述对F2断层有针对性的支护处理，保证了三大洞室开挖的顺利进行。多点位移计、锚杆应力计及锚索测力计观测结果表明，开挖前期岩体变形较大，后期量值变小并趋于稳定。

f15断层发育于主厂房的顶拱，在左侧通风机房顶拱出露，厂右0+90以后变窄为裂隙，底部在左端墙高程1 253 m变窄，在高程1 240 m消失。断层总体产状为 N57°E，NW∠75°～80°，走向与厂房轴线夹角较小，基本上沿厂房轴线展布。断层破碎带宽度15～20 cm，局部宽30 cm，下盘影响带宽1～1.5 m，上盘影响带宽3～4 m。厂右0+30～0+66段影响带岩体风化强烈，呈棕黄色，碎裂块状结构，沿断层面有少量的渗水，受其牵引，左侧顶拱缓倾结构面成组发育。总体上，f15断层对地下厂房左侧顶拱围岩稳定影响较大。厂右0+30～0+93段左侧顶拱采用系统锚索支护，在厂左0-13～厂右0+84范围断层带两侧采用9 m长150 kN级的预应力锚杆进行交叉缝合处理。

2.4 地下洞室拱角混凝土喷层剥落

本区岩体属陡倾层状结构，其物理力学特性具有明显的各向异性性，围岩的变形特征与岩层的产状密切相关。在岩层倾向的不同方向，岩体的破坏特性也各不相同，其破坏形式主要表现为拉裂破坏顺层滑移和弯折倾倒变形。研究表明，洞室高边墙的位移随层面倾角先增大后减小，反倾向一侧的位移在倾角为60°达到最大，顺倾向侧洞周位移要小于反倾向侧的位移。监测结果表明，三大洞室上游边墙（反倾向一侧）围岩变形较下游侧（顺倾向一侧）大。

三大洞室向下开挖后，上游侧拱角及边墙上部均不同程度地出现混凝土喷层剥落，主厂房厂右0+20～0+140段犹为严重。针对上述情况，对厂区三大洞室进行了开挖后应力与位移复核计算。计算结果表明，三大洞室开挖后应力在顶拱与底板处较大，而两侧边墙则相对较小；上游拱角及边墙位移量较大，下游侧拱角及边墙则相对较小。变位趋势与实际监测情况基本相符。

经检查复核，喷层剥落部位未发现有规模较大的不稳定块体。综合分析认为，导致喷层剥落的主要影响因素为围岩应力与岩层产状，随着洞室向下开挖拱座处的径向应力在顶拱不断集中且上游侧拱角量值相对较大；该区岩层陡倾上游，开挖后上游侧（反倾向一侧）岩体变形较下游侧大，从而导致上游侧拱角及边墙表面的混凝土喷层出现剥落。由于应力调整需要一定时间，应在大部分应力释放完成后再进行处理。后期厂房全部开挖完成后，清除松动、开裂的喷层，补喷聚丙烯纤维混凝土，并挂主动防护网。目前，地下厂房4台机组大部分安装工程已完成，未发现有新的喷层开裂或掉块现象。

2.5 主变室上游墙

主变室上游边墙厂右0+25.5 m、高程1 280.7 m部位发育有产状为N14°W，SW∠67°的f5陡倾断层；产状走向EW，倾N∠70°的 L20陡倾裂隙组和产状为N22°W，NE∠62°的L51顺层裂隙组等结构面，并相互切割形成块体。随着地下洞室的人工开挖、施工爆破的影响，使该块体产生卸荷位移，从而导致测点变位增大。增加3排1 000 kN预应力锚索及两排锚筋桩。其中，1 277 m高程的4根锚索调整为2 000 kN的对穿锚索。增加支护后，该部位的位移变化基本趋于平稳。

3 结语

功果桥水电站枢纽区工程地质条件较复杂，针对施工开挖过程中出现的主要工程地质问题，在现场勘测设计人员的及时预测分析下，施工过程中及时调整开挖及支护处理方案，保证了工程开挖的顺利进行，为后续各项施工奠定了坚实的基础。各项观测资料初步表明，对主要工程地质问题的分析与处理措施是正确的。

［1］宋彦辉，聂德新.坝基层状岩体质量评价探讨［J］.长江科学院院报，2005，22（1）:39-41.

［2］王启耀，杨林德，赵法锁.陡倾角层状岩体中地下洞室围岩的变形［J］.长安大学学报： 自然科学版，2006，26（5）:69-73.